CN101456073A - 浸入式水口 - Google Patents

Abstract

本发明的浸入式水口具有沿上下纵向呈管状的直筒部(10)和左右对称的一对流钢孔(12)；该直筒部(10)用于使钢水从设于上端的钢水导入部(9)朝下方通过；该一对流钢孔(12)设于该直筒部(10)的下部，使钢水从直筒部的侧面朝横向排出；各流钢孔(12)的内壁面平行于该流钢孔(12)的中心轴的纵向，而且由该内壁面形成的导出部的长度为45mm以上；设流钢孔的总截面积为(S1)、直筒部流钢孔上端位置的与直筒部轴向成直角的直筒部内孔截面积为(S2)，(S1/S2)的比在0.8以上1.8以下；流钢孔的中心轴与水平所成的角度(θt)朝下设定在0≤θt≤20°的范围。这样，可抑制从浸入式水口的流钢孔流出的钢水流的衰减，沿尽可能长的距离直线地获得期望的方向的流速。

Description

浸入式水口

技术领域

本发明涉及一种浸入式水口(ノズル)，特别是涉及一种将钢水注入到长边为2000mm以上而且短边为150mm以下的大宽度结晶器的连铸用的浸入式水口。

背景技术

在钢水的连铸中，制造被称为所谓的板坯的铸坯时钢水注入用结晶器的宽度尺寸以前不到约2000mm。最近，出现了由宽度尺寸大的特别是约2000mm以上而且短边150mm以下的大宽度结晶器进行的高速操作。

在这样的大宽度结晶器的浇注中，从浸入式水口的流钢孔流出的钢水流扩散到结晶器端部附近，流速变弱，而且还在拉坯的影响下，偏往流钢孔位置下方，容易在结晶器端部的上侧产生缺乏流动性的滞留部分。另外，结晶器内的流动也不稳定，在结晶器内的各种各样的部分不规则地发生反流和其它局部的偏流随时间经过不停地变化等钢水流的紊流，以及它们导致的液面变动(“波动”、“起伏”、“流动方向的转换”)等，在铸坯的端部附近夹杂物不能充分上浮，保护渣不能均匀地移动到铸坯表面，导致保护渣、夹杂物不均匀地卷入到铸坯内部等。此外，还产生难以获得对于钢水的凝固过程中的坯壳形成所需要或理想的结晶器内钢水的温度分布等问题。这样，对铸坯质量的不良影响、拉漏的危险性等也增大。

为了解决这样的问题，需要在结晶器宽度方向端部附近也尽可能地降低流速，稳定地形成或维持在结晶器端部的上升流、在结晶器整体的钢水表面附近朝中心部的流动即所谓反流等钢水流。然而，仅是调整流钢孔的角度、流钢孔的面积等时，钢水流的扩散、衰减大，不能获得上述那样的必要的钢水流。

作为其对策，进行了这样的尝试，即，朝上方向设定浸入式水口的流钢孔的角度等，使得直到结晶器端部附近的位置可获得液面上附近的流动地形成从该浸入式水口的流钢孔流出的钢水流动。然而，即使在该直筒部的壁厚范围内改变穿设于直筒部的壁的一部分的流钢孔的角度，也不能在大宽度结晶器的端部获得足够的流动。

另外，作为控制钢水流的手段，例如在专利文献1中公开了一种浸入式水口，该浸入式水口超过直筒部的壁厚地使流钢孔朝侧方突出得长一些，在该流钢孔内安装以CaO为主成分的格子状、杆状等的CaO含有体。然而，该浸入式水口虽然通过使流钢孔朝侧方延伸从而可确定排出的钢水的流动方向，但由于在该内部形状具有一定角度，在流钢孔内设置格子或杆状的CaO含有体等，使得钢水流动缓慢(倒是有意这样做)，所以，不能直到大宽度结晶器的端部稳定地形成在液面附近所需要的钢水流。

另外，在专利文献2中公开了这样的构成，即，在浸入式水口的流钢孔的上部和下部中的任一方或双方设置伸出部。然而，虽然通过设置伸出部，可抑制下降流的形成，但当没有伸出部时，特别是钢水流扩散而变得缓慢，特别是不能直到大宽度结晶器的端部稳定地形成液面附近所需要的钢水流。

这样的以前的由浸入式水口的流钢孔形状控制钢水流的尝试，都不以大宽度结晶器为对象，另外，将结晶器的钢水流的减缓作为基本要素，依然未公开直到大宽度结晶器的端部稳定地形成液面附近所需要的钢水流的手段。

[专利文献1]日本实开昭63-85358号公报

[专利文献2]日本特开2004-344900号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种浸入式水口，该浸入式水口可抑制从浸入式水口的流钢孔流出的钢水流的衰减，沿尽可能长的距离直线地获得期望方向的流速；本发明的目的特别是在于提供一种浸入式水口，该浸入式水口可直到长边约为2000mm以上而且短边为150mm以下的大宽度结晶器的端部直线地形成期望的钢水流，而且稳定地形成结晶器端部附近的上升流和结晶器整体的钢水表面附近所需要的钢水流。

另外，本发明的目的还在于稳定和提高铸坯的质量以及提高连铸工序的安全性等。

在本发明中，“期望方向”指在长边为2000mm以上而且短边为150mm以下的结晶器中按浇注速度为1.8t/min～4.5t/min浇注钢水时的大多数操作条件下可设定的、钢水从浸入式水口的流钢孔流出的方向。由于个别连铸设备·机械的规格、运行条件、电磁搅拌的有无或具有电磁搅拌的场合的搅拌方向、程度等各企业的个别操作条件的不同，对最佳的钢水流的方向也产生影响，所以，这样的“期望方向”应相应于这些各个的条件对设计进行进行微调，在本发明中，该方向并非以特定严格精度下的钢水流方向为前提。

本发明者发现，为了对连铸，特别是将钢水注入到宽度约2000mm以上而且短边150mm以下的结晶器中的连铸，解决上述问题，尽可能不扩散地以直线形成从设置于其中央附近的浸入式水口的流钢孔流出的时刻的钢水流很重要。

另外还发现，浸入式水口的流钢孔内壁面的形状为直线，即平行于该流钢孔的中心轴的纵向，而且由该内壁面形成的导出部的长度在45mm以上，从而可获得抑制了上述那样的扩散的直线的钢水流。

此外还得知，设流钢孔的总截面积为S1，设直筒部的流钢孔上端位置处的与直筒部的轴向成直角的直筒部内孔的截面积为S2，通过设S1/S2的比在0.8以上1.8以下，从而可使从直筒部朝铅直方向落下的钢水从流钢孔按期望的流动排出。

另外还判明，通过将流钢孔的中心轴与水平所成的角度θt朝下设定在0≦θt≦20°的范围，从而可获得尽可能不扩散地按直线形成钢水流的效果。

由这样的流钢孔的构成获得的效果特别是在按浇注速度1.8t/min～4.5t/min将钢水浇注到长边2000mm以上而且短边150mm以下的结晶器时可发挥出最显著的效果。

即，本发明的浸入式水口具有沿上下纵向呈管状的直筒部(图2中的符号10)和左右对称的一对流钢孔(图2中的符号12)；该直筒部用于使钢水从设于上端的钢水导入部(图2中的符号9)朝下方通过；该一对流钢孔设于该直筒部的下部，使钢水从直筒部的侧面朝横向排出；其第1必要条件在于：上述各流钢孔的内壁面(图3中的符号L1)平行于该流钢孔的中心轴的纵向(图3中的符号Dt)，而且由该内壁面形成的导出部的长度为45mm以上。

其中，各流钢孔部的内壁面平行于该流钢孔的中心轴纵向，是指形成流钢孔的空间的浸入式水口的耐火材料的壁面(图3中的符号L1的面)平行于贯通流钢孔的钢水流出方向的截面中心的轴向(图3中的符号Dt)，换言之，意味着与流钢孔的钢水流出方向截面的形状无关，由连接流钢孔的浸入式水口内面侧端面与浸入式水口外面侧端面的线围成的立体相对流钢孔中心的轴向没有角度，呈圆柱形或具有多边形等截面、沿流钢孔轴向的柱状。但是，由于制造上需要，也可具有达到2°左右的锥度。

通常，浸入式水口在铸造开始(钢水向结晶器开始注入)时刻需要迅速地将钢水供给到结晶器，为了满足该供给速度而符合所需要的内孔面积等地进行设计，成为在浸入式水口的内孔中没有钢水的停滞部分的流动状态，然而在此后的稳定运行状态下，相应于拉坯速度成为所谓的节流注入，因而产生钢水的滞留部分等。根据这样的钢水供给能力与钢水供给速度的差距，一般钢水流朝比流钢孔的角度(图11(a)中的Dt)更往下方(图11(a)中的Dm)等的与流钢孔的角度不同的方向流出(图11(a)中的Δθ的偏差)。

特别是在将钢水注入到宽度(图1中的Mw)约2000mm以上的大宽度结晶器的场合，为了对于钢水供给量确保浸入式水口内孔的必要面积，要求浸入式水口的直筒部内孔(图2的符号11)的形状不为正圆，而是形成为扁平状。另外，在最近的连铸操作中，存在将铸坯厚度即结晶器的厚度(图1中的Mt)例如减薄到约150mm以下的倾向，浸入式水口的直筒部不断向扁平形状化发展。同时，与此对应，流钢孔的形状也存在形成为纵长的扁平状(参照图3(c)等)的倾向。在这样的扁平形状的场合，与直筒部截面和流钢孔截面的任一方或双方为正圆的场合相比，存在发生结晶器内的钢水流的扩散、流速的衰减、结晶器内的紊流的倾向。

在流钢孔的内壁面与该流钢孔的中心轴的纵向平行而且设置了具有45mm以上的长度的导向部的本发明的浸入式水口中，即使直筒部截面和流钢孔截面中的任一方或双方为扁平状，也可基本上消除设定的流钢孔角度与节流注入时从流钢孔流出的钢水流的角度差，直到结晶器端部都获得稳定的上升流和稳定的反流。

这里所说的“稳定的上升流”指这样的状态，即，虽然不能称作是一般的·普遍的、固定的特定范围的值，对于各个的个别条件适当的值不同(进行变动)，但例如根据经验，在结晶器端部(参照图1的符号Fu)可以左右对称地、随时间经过而稳定地获得具有0.02～0.20m/sec左右的流速的上升流。

另外，“稳定的反流”指这样的状态，即，虽然同样不能称作是一般的·普遍的、固定的特定范围的值，对于各个的个别条件适当的值不同(进行变动)，但例如根据经验，在离开结晶器表面30mm的深度可以左右对称地、随时间经过而稳定地获得从结晶器端部朝水口方向(参照图1的符号Fr)具有0.10～0.50m/sec的流速的上升流。

与此不同，在导出部的长度不到45mm的以前的水口(图9、10)的场合，钢水流朝与流钢孔角度不同的方向特别是下方向流出，刚从流钢孔流出后，扩散变大，钢水速度的衰减大(参照图30中的符号Fm)。此外，刚从流钢孔流出后，还容易产生一部分的急剧的上升流等。产生部分的钢水上面的所谓翻滚等紊流，保护渣的卷入等也容易产生(参照图3中的符号Fm、3)。

另外，在导出部的长度不到45mm的场合，从处于左右对称的位置的流钢孔流出的钢水同期性或非周期性地形成上下不同方向的流动，例如从一方的流钢孔朝上方向，从另一方的流钢孔朝下方向，即容易经常发生结晶器内的钢水流的所谓“波动”、“起伏”、“流动方向的转换”那样的紊流现象(参照图31中的符号Fm、3)。与此不同，本发明的浸入式水口可由具有45mm以上的长度的导出部将这样的钢水流的紊流现象也消除(参照图29中的符号Fm、3)。

该流钢孔的导出部的长度在任何位置都需要在45mm以上。该长度的基点指浸入式水口的直筒部内孔面与流钢孔的交点(图3(a)中的符号13)，终点指从该基点往离开浸入式水口直筒部的轴的径向即浸入式水口的外方向的、形成流钢孔的空间的壁面的最外部(图3(a)中的符号14)。该终点的流钢孔的端部截面最好为平面，但也可为与浸入式水口直筒部的内孔或外周部的形状对应的曲面等，或与浸入式水口的直筒部轴向平行的面(图3(a)、图4(a)、图5(a))，或与流钢孔的轴向成直角的截面(图6(a))。

在该45mm以上的长度在流钢孔的一部分满足的那样的场合，即沿上下设置上述专利文献2那样的伸出状的部分的场合，从设置了伸出状部分的部分以外的不到45mm的长度部分流出的钢水从流钢孔的轴向远离地扩散。而且，在与伸出状的部分的边界部分容易产生偏流，进而助长扩散。为此，在围住流钢孔的空间的壁面的任何场所，都需要具有该45mm以上的长度。

在流钢孔的终点的流钢孔端部截面为与流钢孔的轴向成直角的截面(图6(a))的场合等，有时流钢孔内壁面的轴向的导出部长度在流钢孔的壁面位置相应于流钢孔的角度而不同，但这样的场合的导出部的长度的差小，所以，不对钢水流的流出形态产生影响，其最小长度为45mm以上即可。

该导出部的长度的上限不特别限制，但在拉坯速度大、下方向的流速大的场合，及结晶器内钢水流的对流强的场合等阻碍期望方向的流动的因素大的场合，最好相应于其状况，与浸入深度(图19中的符号S5)、流钢孔角度等一起调整其长度。但是，当该长度增大时，导出部的重量增加，当该重量超过直筒部的弯曲力矩时，存在断颈问题的危险。

本发明的浸入式水口的第2必要条件在于：设流钢孔的与轴向呈直角的面上的总截面积为S1，位于直筒部的流钢孔上端位置的与直筒部的轴向成直角的直筒部内孔的截面积为S2，S1/S2的比在0.8以上、1.8以下。

在上述S1/S2不到0.8的场合，由于流钢孔变窄的影响，使得排出流容易按朝上方弹起的形式排出，难以获得期望的排出流(参照图7)。另一方面，在上述S1/S2比1.8大的场合，流钢孔上部的吸入流变得显著，从而使从流钢孔下部排出的流动增大，难以获得期望的排出流(参照图8)。

这样，从流钢孔流出的钢水流的部分流速变得不稳定，从而使得容易发生钢水流的扩散、结晶器内钢水流的紊流等，容易产生保护渣等的卷入等对铸坯质量的不良影响。为了更确实地抑制下降流发生和反流等的发生，需要使上述S1/S2比在0.8以上、1.8以下。

另外，本发明的浸入式水口的第3必要条件在于：流钢孔的中心轴与水平所成的角度θt朝下设定在0≦θt≦20°的范围。当该流钢孔的角度θt相对水平朝上设定时，在到达结晶器的短边端部之前失速，成为弯曲的流动，不能形成直线的流动(参照图12)。另一方面，当流钢孔的角度θt相对水平朝下设定得比20°大时，在到达结晶器短边端部之前，结晶器内的钢水阻力使其失速，成为弯曲的流动，不能形成直线的流动(参照图13)。

由上述第1～第3必要条件获得的效果特别是在按浇注速度1.8t/min～4.5t/min将钢水浇注到长边2000mm以上而且短边150mm以下的结晶器时最显著。在按不到1.8t/min的浇注速度将钢水注入到长边2000mm以上而且短边150mm以下的结晶器的场合，期望的直线钢水流不能充分地到达结晶器端部附近，有时难以稳定地形成上升流和在结晶器整体的钢水表面附近所需要的钢水流(反流)(参照图14)。另一方面，在按比4.5t/min大的浇注速度注入钢水的场合，有时期望的直线钢水流相反地引起浸入式水口附近的紊流(由图15中的圈围住的部分)。

因此，本发明的浸入式水口的前提条件最好为用于按浇注速度1.8t/min～4.5t/min将钢水浇注到长边2000mm以上而且短边150mm以下的结晶器。

即，本发明的浸入式水口通过优选地在上述前提条件的基础上具有上述第1～第3必要条件，从而可使钢水大体朝设定(期望)的流钢孔角度的方向流出到长边2000mm以上而且短边150mm以下的结晶器(图11(b)中的Dt＝Dm，Δθ＝0)，可直到宽度约2000mm以上的结晶器的端部都不形成滞留部分(参照图1中的符号7、8等)地形成钢水流(参照图29)。

另一方面，在以前的浸入式水口的流钢孔的场合，刚从流钢孔流出后，钢水流开始大扩散(参照图30)，所以，从接近流钢孔的位置在结晶器的各种各样的部位产生局部的偏流、紊流，另外，不规则地发生由这些偏流、紊流导致的液面变动(波动)等，还导致保护渣、夹杂物的卷入等(参照图31)。与此不同，在本发明的浸入式水口的场合，由于钢水流的扩散在较长的距离受到抑制，所以，那样的现象也得到抑制。

在这里，本发明的浸入式水口的形状需要相对沿浸入式水口直筒部的中心轴的结晶器厚度方向的截面左右对称。即，本发明的浸入式水口配置于结晶器的中心，使钢水朝结晶器的宽度方向排出，但特别是为了防止在宽度方向的钢水流产生紊流，需要使左右的钢水流维持均匀的方向和流速(参照图9中的符号Fm)。

通过使用本发明的浸入式水口，从而可稳定地形成结晶器端部液面(钢水上面)附近和结晶器整体的液面(钢水上面)附近所需要的钢水流。特别是在将钢水注入到长边2000mm以上而且短边150mm以下的大宽度结晶器的连铸中，可稳定地形成在该结晶器端部液面(钢水上面)附近和结晶器整体液面附近所需要的钢水流。

由该钢水流还可抑制保护渣等的卷入，另外，还可抑制结晶器宽度方向端部的上部附近的温度下降，进而可稳定和提高铸坯的质量以及提高连铸工序的安全性。

在连铸操作中，相应于钢种、生产计划及其它各生产现场固有的条件，改变钢水供给速度、拉坯速度、结晶器形状、保护渣的物性等，相应于这样的变动，将浸入式水口的流钢孔角度、浸入深度等也适当地调整为最佳的条件。对此，按照本发明的浸入式水口，可抑制期望方向的钢水流速的下降，所以，可有利地应对随着这样的调整而产生的钢水、保护渣等的流动形态、流速等的大变动那样的操作条件，具有可容易地按高精度分别获得期望的理想钢水流的优点。

附图说明

图1(a)为示出结晶器内的钢水流动状态的结晶器截面的示意图(从中央到右侧为本发明，从中央到左侧为现有技术例，图1(b)的A-A截面图)。图1(b)为图1(a)的B-B截面图。

图2为本发明的浸入式水口的直筒部轴向截面图，流钢孔部分为一体型。

图3为与图2的圆圈A相当的部分的图，图3(a)为图3(c)的A-A截面图，图3(b)为图3(a)的B-B截面图，图3(c)为从图3(a)的C观看到的图。

图4为本发明的浸入式水口的与图2的圆圈A相当的部分的图，流钢孔部分为拼合型，图4(a)为图4(c)的A-A截面图，图4(b)为图4(a)的B-B截面图，图4(c)为从图4(a)的C观看到的图。

图5为本发明的浸入式水口的、与图2的圆圈A相当的部分的图，流钢孔部分为另一形式的拼合型，图5(a)为图5(c)的A-A截面图，图5(b)为图5(a)的B-B截面图，图5(c)为从图5(a)的C观看到的图。

图6为本发明的浸入式水口的、与图2的圆圈A相当的部分的图，流钢孔部分为另一形式的拼合型，图6(a)为图6(c)的A-A截面图，图6(b)为图6(a)的B-B截面图，图6(c)为从图6(a)的C观看到的图。

图7为结晶器内流动示意图，流钢孔的总截面积S1与直筒部流钢孔上端位置的与直筒部轴向成直角的直筒部内孔截面积S2的比不到0.8。

图8为结晶器内流动示意图，流钢孔的总截面积S1与直筒部流钢孔上端位置的与直筒部轴向成直角的直筒部内孔截面积S2的比大于1.8。

图9为以前的浸入式水口的直筒部轴向截面图。

图10为与图9的圆圈A相当的部分的图，图10(a)为图10(c)的A-A截面图，图10(b)为图10(a)的B-B截面图，图10(c)为从图10(a)的C观看到的图。

图11为从浸入式水口的流钢孔流出的钢水流的示意图，图11(a)为以前的浸入式水口的场合(与图2的圆圈A部分相当的截面图)，图11(b)为本发明的浸入式水口的场合(与图9的圆圈A部分相当的部分的截面图)。

图12为流钢孔角度θt等于朝上10°的场合的结晶器内流动示意图。

图13为流钢孔角度θt等于朝下30°的场合的结晶器内流动示意图。

图14为浇注速度比1.8t/min少的场合的结晶器内流动示意图。

图15为浇注速度比4.5t/min大的场合的结晶器内流动示意图。

图16为示出试验1的流钢孔导出部长度和流钢孔方向与钢水流出方向的差(角度Δθ)的关系的图。

图17(a)为结晶器内流动解析例，流钢孔的总截面积S1与直筒部流钢孔上端位置的与直筒部轴向成直角的直筒部内孔截面积S2的比不到0.8；图17(b)为结晶器内流动解析例，流钢孔的总截面积S1与直筒部流钢孔上端位置的与直筒部轴向成直角的直筒部内孔截面积S2的比大于1.8。

图18(a)为流钢孔角度θt等于朝上10°的场合的结晶器内流动解析例，图18(b)为流钢孔角度θt等于朝下30°的场合的结晶器内流动解析例。

图19为示出试验4的各装置等的配置、水流等的示意图(结晶器宽度方向的截面图)。

图20为示出试验4的结晶器宽度与上升流速的关系的图(钢水供给量3.0t/分的场合)。

图21为示出试验4的结晶器宽度与上升流速的关系的图(钢水供给量2.3t/分的场合)。

图22为示出试验4的结晶器宽度与反流速的关系的图(钢水供给量3.0t/分的场合)。

图23为示出试验4的结晶器宽度与反流速的关系的图(钢水供给量2.3t/分的场合)。

图24为示出试验4的结晶器宽度与左右的上升流速的差的关系的图(钢水供给量3.0t/分的场合)。

图25为示出试验4的结晶器宽度与左右的上升流速的差的关系的图(钢水供给量2.3t/分的场合)。

图26为示出试验4的结晶器宽度与左右的反流速的差的关系的图(钢水供给量3.0t/分的场合)。

图27为示出试验4的结晶器宽度与左右的反流速的差的关系的图(钢水供给量2.3t/分的场合)。

图28(a)为浇注速度比1.8t/min小的场合的结晶器内流动解析例，图28(b)为浇注速度比4.5t/min大的场合的结晶器内流动解析例。

图29为示出试验6的本发明浸入式水口的流动状态的图。

图30为示出试验6的以前的浸入式水口的流动状态的图。

图31为示出试验6的以前的本发明浸入式水口的流动状态的图(在左右的变动大时的状态)。

具体实施方式

首先，说明本发明的浸入式水口的制造方法。

本发明的浸入式水口可由浸入式水口的一般的坯土构成和制造方法制造，即，在耐火原料中加入粘结材料并混匀，获得坯土，对于该坯土，将45mm以上的型芯和橡胶模设置到流钢孔内壁面部分，用CIP一体地成形该坯土，然后进行干燥、烧成、研磨等加工。

由流钢孔的内壁面形成的具有45mm以上的长度的导出部(从浸入式水口主体(直筒部)突出的部分)可形成为与上述直筒部一体成形的构造(图2、图3)。

为了形成流钢孔的内壁面部分，可从浸入式水口的直筒部突出地形成耐火材料壁，该耐火材料壁用于构成流钢孔的45mm以上的内壁长。形成该突出部分时，可将型芯作为可拆下的另外的构造体安装于直筒部的型芯，在成形后拆下该流钢孔用的型芯，也可使用在高温下熔化或消失等而形成空洞的蜡材质形成型芯，使用该型芯形成一体构造。另外，也可在直筒部的成形时作为预定长度的突出部一体成形坯土，在成形后通过钻孔形成作为流钢孔的空间。

除了如上述那样预先将流钢孔的导出部(突出部分)形成为与浸入式水口的直筒部一体的构造的场合外，也可由与直筒部独立的部件构成上述导出部部分，将其接合到上述直筒部，即，不预先形成流钢孔的导出部，而是先制造在流钢孔的突出部分没有本发明程度的长度的浸入式水口，为了用于流钢孔部分而作为与主体的浸入式水口独立的构造体准备突出部分，将该突出部分组装到浸入式水口主体(直筒部流钢孔部分)作为导出部(图4、图5、图6)。构成该场合的导出部用的突出部分的构造体可为一体型，也可朝任一方向为拼合型(图4、图5、图6)。

在本发明的浸入式水口的成形中特别需要留意的是流钢孔中的导出部的处理。在将该导出部成形为从浸入式水口直筒部突出的状态的场合，在成形工序的诸作业、此后的输送等中受到外力，容易破损。为了防止该制造时的外力和使用时的热冲击、钢水流产生的连续的外力在导出部产生的应力集中和该导出部的破坏，浸入式水口直筒部与从该浸入式水口直筒部突出的导出部的过渡部分(导出部的根部附近)最好形成为锥状或圆弧形状，不形成为角度急剧过渡的锐角形状。该锥形或圆弧形状的大小没有下限，但它们最好大一些。

[实施例]

[试验1]

本试验1为调查刚从流钢孔流出后的钢水流维持期望方向即流钢孔内壁面(导出部)的设定角度所需要的流钢孔导出部的长度条件的结果。

表1、图16示出流钢孔的导出部的长度对钢水流形态的影响。

本试验由水模型实验进行。设想的实际操作的诸条件如下。浸入式水口的直筒部截面的长边11.7cm×短边4.3cm(角部带圆弧)，直筒部的内孔截面积(S2)50.3cm²，流钢孔的合计截面积(S1)64.5cm²，上述S1/S2＝1.28，钢水流量2.3t/min～4.0t/min(流钢孔单位面积时为0.036t/min·cm²～0.062t/min·cm²)。作为拉坯速度1.3～1.37m/分、结晶器厚度150mm的场合的结晶器宽度，这与约为1500mm～2500mm相当。

对应于上述实际操作的设定条件设定的水模型实验的诸条件如下。浸入式水口为实物大小的木模制的装置，作为典型例，流钢孔的方向为朝下10°，截面形状为纵75mm×横43mm的方柱(角部带圆弧)。方柱的高度与流钢孔内壁面的轴向长度相当。水的供给速度为0.0046t/min·cm²～0.008t/min·cm²。

实验按这样的方法进行，即，使导出部的流钢孔轴向的长度变化，对与各个的上述长度对应的、水从流钢孔流出的状态用眼观察和拍摄照片，测定该水的流出方向(图11(a)的Dm)与流钢孔的轴向(图11(a)的Dt)的角度差(图11(a)的Δθ)。

如图16所示那样，在换算的钢水流量2.3t/min～4.0t/min的所有场合，水的流出方向与流钢孔轴向的角度差(图11(a)的Δθ)从流钢孔导出部长度为35mm左右开始急剧变小，在40mm以上时显著变小，在45mm以上时成为0°(图11(b)，Dm＝Dt，Δθ＝0°)。

即，在现状的连铸操作中，在结晶器宽度为2000mm以上、至少到约2500mm为止的范围，如使用的浸入式水口的流钢孔导出部的长度为45mm以上，则可稳定地获得从流钢孔的期望流动。

[表1]

^＊1：换算成钢水的总供给量

^＊2：换算成钢水的每流钢孔单位面积

[试验2]

本试验2在由上述[试验1]的水模型实验确认的本发明效果的基础上，通过计算机的流体解析，验证S1/S2的比对期望的流动产生的影响，其中，S1为流钢孔的总截面积，S2为直筒部流钢孔上端位置的与直筒部轴向成直角的直筒部内孔的截面积。

本验证使用FLUENT公司制的商品名FLUENT进行。设想的实际操作的诸条件即计算的输入数据如下。

浸入式水口的直筒部截面的长边11.7cm×短边4.3cm(角部带圆弧)，直筒部的内孔截面积(S2)50.3cm²，流钢孔的合计截面积(S1)＝32.25cm²～129cm²，上述S1/S2＝0.64～2.56，流钢孔的角度＝为朝下10°，浸入深度(流钢孔最外周部上端离开钢水面的距离，图19中的S5)＝110mm，流钢孔的截面形状＝纵37.5mm～150mm×横43mm的方柱(方柱的高度与流钢孔内壁面的长度相当)。

流钢孔的导出部的长度在本发明的实施例中设为最小长度附近的45mm和从制造·成本的观点出发现实和暂定的最大长度附近的150mm这样2种，比较例(现有的产品)为35mm。钢水流量为钢水供给量2.3t/min和钢水供给量4.0t/min(按流钢孔单位面积为0.036t/min·cm²和0.062t/min·cm²)这样2个水准。结晶器厚度设为150mm。

表2示出试验结果，图17(a)、(b)分别示出流钢孔纵尺寸37.5mm、流钢孔纵尺寸150mm的结晶器内流动的示意图。

[表2]

如表2所示那样，在解析的钢水流量2.3t/min～4.0t/min的所有场合，水的流出方向与流钢孔轴向的角度差(图11(a)中的Δθ)在S1/S2比为0.8～1.8时成为0°，其中，S1为流钢孔的总截面积，S2为直筒部流钢孔上端位置的与直筒部轴向成直角的直筒部内孔的截面积(图11(b)，Dm＝Dt，Δθ＝0)。

即，在现状的连铸的操作中，当结晶器的宽度处于2000mm以上、至少到约2500mm为止的范围时，如其所用的浸入式水口流钢孔的导出部长度在45mm以上，S1/S2的比为0.8～1.8，则可稳定地获得从流钢孔的期望的流动。

[试验3]

本试验3通过计算机的流体解析，验证适当的流钢孔角度范围，该适当的流钢孔角度范围用于使由上述[试验1]和[试验2]确认了的期望流动不扩散地朝特别是宽度2000mm以上的结晶器宽度方向进行直线流动。

本验证使用FLUENT公司制的商品名FLUENT进行。设想的实际操作的诸条件即计算的输入数据如下。

浸入式水口的直筒部截面的长边11.7cm×短边4.3cm(角部带圆弧)，直筒部的内孔截面积(S2)50.3cm²，流钢孔的合计截面积(S1)＝63.5cm²，上述S1/S2＝1.28，浸入深度(流钢孔最外周部上端离开钢水面的距离，图19中的S5)＝110mm，流钢孔的截面形状＝纵75mm×横43mm的方柱(方柱的高度与流钢孔的导出部的长度相当)。

流钢孔的导出部的长度在本发明的实施例中设为最小长度附近的45mm，流钢孔的角度＝朝下-10°～30°。钢水流量为钢水供给量2.3t/min和钢水供给量4.0t/min(按流钢孔单位面积为0.036t/min·cm²和0.062t/min·cm²)这样2个水准。结晶器厚度设为150mm。

表3示出试验结果，图18(a)、(b)分别示出流钢孔的角度＝朝下-10°(即朝上10°)的结晶器内流动示意图、流钢孔的角度＝朝下30°的结晶器内流动示意图。

[表3]

※朝下为+方向

如表3所示那样，在解析的钢水流量2.3t/min～4.0t/min的所有场合，用于不扩散地朝特别是宽度2000mm以上的结晶器宽度方向进行直线流动的适当流钢孔角度范围为0°≦θt≦20°。

即，在现状的连铸的操作中，当结晶器的宽度处于2000mm以上、至少到约2500mm为止的范围时，如其所用的浸入式水口流钢孔的导出部长度在45mm以上，S1/S2的比为0.8～1.8，则可稳定地获得从流钢孔的期望流动；而且通过按0°≦θt≦20°的范围朝下设置流钢孔角度，从而可不扩散地朝宽度2000mm以上的结晶器宽度方向进行直线流动。

[试验4]

本试验4调查本发明的浸入式水口对特别是宽度2000mm以上的结晶器宽度方向端部的钢水流滞留(停滞)(参照图1中的符号7、8)的消除和钢水上面的平稳流动(参照图1中的Fr)的形成的影响。换言之，调查由上述[试验1]～[试验3]确认了的从流钢孔的直进而且如期望那样的流动与上述钢水流滞留(停滞)的消除和钢水上面的平稳流动形成的关系。

本试验由水模型实验进行。设想的实际操作的诸条件如下。浸入式水口的直筒部截面的长边11.7cm×短边4.3cm(角部带圆弧)，直筒部的内孔截面积(S2)50.3cm²，流钢孔的合计截面积(S1)64.5cm²，上述S1/S2＝1.28，流钢孔的角度＝朝下10°，浸入深度(流钢孔最外周部上端离开钢水面的距离，图19中的S5)＝110mm，流钢孔的截面形状＝纵75mm×横43mm的方柱(方柱的高度与流钢孔导出部长度相当)。

流钢孔的导出部的长度在本发明的实施例中设为最小长度附近的45mm和从制造·成本的观点出发现实和暂定的最大长度附近的150mm这样2种，比较例(现有的产品)为35mm。钢水流量为钢水供给量2.3t/min和钢水供给量3.0t/min(按流钢孔单位面积为0.036t/min·cm²和0.047t/min·cm²)这样2个水准。结晶器厚度设为150mm。

作为对应于上述设定条件设定的水模型实验的诸条件，浸入式水口为实物大小的木模制的装置，设定条件与上述实际操作的设定条件相同，结晶器的宽度和厚度也为实物大小，用丙烯酸制成。水的供给速度为0.0046t/min·cm²～0.006t/min·cm²。

在上述条件下，使结晶器的宽度在1000mm～2500mm间变化，结晶器的宽度方向端部的钢水流滞留(停滞)状况通过测定从该模型的宽度方向端部离开20mm(图19的符号S1)、从水面离开20mm(图19的S2)的深度位置(图19的符号15)的上升流(图19的符号Fu)进行观察，钢水上面的平稳流动状况通过测定从结晶器宽度方向端部离开500mm(图19的符号S4)、从水面离开30mm(图19的符号S3)的深度位置(图19的符号16)的从结晶器端部流往中央方向的反流(图19的符号Fr)进行观察。另外，这些测定在相对结晶器的中心对称的两端位置进行，对浸入式水口的左右的差即结晶器内流动的紊流也进行观察。

上升流(图19的符号Fu)为判断用于消除结晶器宽度方向端部上部的停滞的流动状态的指标，反流(图19的符号Fr)为判断与该端部的流动形态变化相伴的结晶器整体流动状态的指标。这些流动状态不固定，也可为对连铸的各操作不同的设计条件。在本发明中，对于上述上升流和反流，分别将为正值0.02～0.20m/sec、0.10～0.5m/sec而且左右的差小的状态假定为良好状态。

表4示出试样和条件以及上升流速和反流速的测定结果，图20和图21示出上升流速的测定结果的曲线图，图22和图23示出反流速的测定结果的曲线图。

该实验的结果、原因及机理虽然不明确，但结晶器宽度在2000mm程度，上升流速显著下降，在更大的结晶器宽度的场合，下降的程度显示出小的倾向。在这里，比较例3和比较例4的结晶器宽度2000mm时的上升流速的下降程度都大。与此不同，在所有实施例中，2000mm和此以上的下降程度小，维持稳定的上升流速。另外，钢水供给量小的实施例9和实施例10的下降程度比钢水供给量大的实施例7和实施例8小。在比较例3和比较例4的场合，左右的上升流速的差(图24、25)特别是在2000mm以上时都大，而且存在扩大的倾向，结晶器内整体的流动状态极不稳定。与此不同，在实施例中，左右的上升流速的差都小，结晶器内整体的流动状态极为稳定。

可以看出，反流流速也显示出与上述流速同样的倾向。反流流速的本发明实施例的改善效果比上升流速的本发明实施例的改善效果大，即，本发明的结晶器端部的上升流速的改善进一步扩大了结晶器内整体的流动状态的改善效果。

从以上可以看出按照本发明的浸入式水口，可改善结晶器内钢水流，特别是可显著改善2000mm以上的大宽度结晶器内钢水流的形态。而且，可显著抑制钢水流在浸入式水口左右的变动等，获得结晶器内整体的稳定的流动状态。

[实验5]

本实验5为由计算机的流体解析验证可最佳地发挥本发明效果的浇注速度范围的结果。

本验证使用FLUENT公司制的商品名FLUENT进行。设想的实际操作的诸条件即计算的输入数据如下。

浸入式水口、浸入深度的条件与[试验4]相同，结晶器的宽度为2500mm，结晶器的厚度为150mm，钢水流量为钢水供给量1.5t/min～4.5t/min(流钢孔单位面积时0.023t/min·cm²～0.071t/min·cm²)。流钢孔的导出部长度在实施例中按本发明最小长度附近的45mm验证。

表5示出试验结果，在图28(a)、(b)中分别示出浇注速度＝1.5t/min的结晶器内流动示意图和浇注速度＝4.5t/min的结晶器内流动示意图。

[表5]

当浇注速度小于1.8t/min时，不能获得足够的上升流和反流，当大于4.5t/min时，反流速过大，存在导致水口附近的紊流的危险。从该结果可以看出，本发明的浸入式水口在浇注速度范围为1.8t/min～4.5t/min时可充分发挥效果。

[实验6]

本实验6为由计算机的流体解析使刚从浸入式水口流钢孔流出后附近钢水流的流动形态可视化，验证由上述[试验4]的水模型实验确认了的本发明的效果。

本验证使用FLUENT公司制的商品名FLUENT进行。设想的实际操作的诸条件即计算的输入数据如下。

浸入式水口、浸入深度的条件与[试验4]相同，结晶器的宽度为2500mm，结晶器的厚度为150mm，钢水流量为钢水供给量2.7吨/分(按流钢孔单位面积为0.042t/min·cm²)。流钢孔的导出部长度在实施例中为本发明最小长度附近的45mm，在比较例(现有的产品)中为35mm，在此条件下进行比较。

图29示出实施例，图30和图31示出比较例的约1000mm内的范围即以浸入式水口为中心的左右各约500mm的范围的流动状态。

从该验证的结果可以看出，在实施例中，钢水流朝设定的流钢孔角度的方向按直线几乎没有扩散和衰减地流出。而且，左右的差极小，钢水上面(图29中的符号5)也没有紊流，均匀地按稳定的状态维持流动状态。可以看出，这样维持直线的流速，使得直到大宽度结晶器端部，沿宽范围形成良好的流动状态。

与此不同，在比较例中，刚从浸入式水口的流钢孔流出后，流速开始大幅度衰减，与此相随，也产生钢水流的扩散，在作为其端部的接近浸入式水口的位置开始产生上升流，流往钢水上面(图30的符号5)的浸入式水口侧的流速变大，这样的流动在接触于浸入式水口的部分产生强下降流(图30)。

在比较例中还可以看出，左右的流动状态的变化显著，为不稳定的流动状态(图31)。特别是如图31那样显著发生刚从浸入式水口流出后的扩散和上升流的状况也高频度地出现。

在这样的比较例的流动状况的场合，当然不能直到大宽度结晶器端部沿宽范围获得良好的流动状态，如上述那样部分较强的下降流等的发生等，容易产生不良影响，使得在结晶器内的局部的部位按不同的程度从钢水面的上表面将保护渣、非金属夹杂物等卷入到下方，另外，在结晶器宽度方向端部附近，流速极度变小，发生钢水的滞留、温度下降等，以及保护渣向铸坯表面的顺利供给出现故障，非金属夹杂物等的上浮(去除)也变得困难等。

Claims (2)

1.一种浸入式水口，具有沿上下纵向呈管状的直筒部和左右对称的一对流钢孔；该直筒部用于使钢水从设于上端的钢水导入部朝下方通过；该一对流钢孔设于该直筒部的下部，使钢水从直筒部的侧面朝横向排出；其特征在于：

上述各流钢孔的内壁面平行于该流钢孔的中心轴的纵向，而且由该内壁面形成的导出部的长度为45mm以上；

设流钢孔的总截面积为S1、直筒部的流钢孔上端位置处的与直筒部的轴向成直角的直筒部内孔的截面积为S2，S1/S2的比在0.8以上1.8以下；

流钢孔的中心轴与水平所成的角度θt朝下设定在0≦θt≦20°的范围。

2.根据权利要求1所述的浸入式水口，其特征在于：用于按浇注速度1.8t/min～4.5t/min将钢水浇注到长边为2000mm以上而且短边为150mm以下的结晶器。

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